Эти гипотезы имеют различные важные последствия для понимания происхождения самих животных, потому что, в зависимости от положения гребешков на древе жизни, возможно, что мышцы и нервная система могли иметь несколько источников, что довольно важно, поскольку они некоторые из самых отличительных черт современных животных.
В исследовании, опубликованном в iScience, международная группа исследователей описала два новых вида ископаемых гребневиков из среднего кембрия на западе США, у одного из которых сохранилась нервная система, что свидетельствует о ранней эволюции нервных и сенсорных особенностей гребневиков.
Несмотря на их важность для понимания эволюции животных, большая часть информации о гребневиках поступает только от живых видов, поскольку ископаемые гребневики чрезвычайно редки из-за их студенистого тела.
Однако некоторые ископаемые гребневики были обнаружены на стоянках раннего и среднего кембрия (около 520-500 миллионов лет назад) с исключительной сохранностью. Эти окаменелые образцы, найденные по всему миру в таких местах, как сланец Берджесс в Канаде и Чэнцзян в Южном Китае, показывают, что гребневики кембрия немного отличаются от живых представителей. Окаменелости включают такие особенности, как скелет, поддерживающий гребешки или ряды гребешков, а также до 24 рядов гребешков – намного больше, чем восемь рядов гребешков, которыми обладают живые виды.
В этом исследовании исследователи описывают первые окаменелости гребневиков, когда-либо обнаруженные в Соединенных Штатах, и тем самым добавляют два новых вида к скудной летописи окаменелостей этой группы.
Эти окаменелости возрастом 500 миллионов лет были найдены в формации Марджум в хребте Хаус, штат Юта. Эти исключительные морские отложения известны сохранением хрупких организмов, которые обычно не представлены в летописи окаменелостей раковин. Что еще более важно, окаменелости сохраняются сплющенными в виде пленок органического углерода, что способствует сохранению внутренних органов.
Используя электронную микроскопию, исследователи смогли обнаружить сигналы углеродной пленки, которые позволили им идентифицировать части первоначальной внутренней анатомии.
Первый вид, Ctenorhabdotus campanelliformis, имеет небольшое колоколообразное тело с количеством гребешков до 24 рядов и волнистым ротовым отверстием. Интересно, что этот вид демонстрирует две важные особенности.
Во-первых, это жесткая капсула, которая защищает сенсорный апикальный орган, который представляет собой остатки скелета, обнаруженные у более старых гребневиков раннего кембрия. Во-вторых, этот вид также демонстрирует сохраненную нервную систему. Нервы длинные, соединяются кольцом вокруг рта. "Это было довольно неожиданным открытием, так как только один вид (Euplokamis) гребневиков сегодня имеет сопоставимые длинные нервы. Большинство современных гребешков имеют диффузную нервную сеть и нечетко очерченные длинные нервы », – сказал старший автор, профессор Хавьер Ортега-Эрнандес, факультет органической и эволюционной биологии Гарвардского университета.
Второй вид, Thalassostaphylos elegans, имеет более округлый вид, примерно 16 рядов гребешков и волнистое отверстие для рта. Хотя у этого вида нет окаменелых нервов, у него есть важная особенность, известная как «полярные поля», которые можно увидеть в виде двух маленьких точек на вершине апикального органа. «Они также важны для восприятия окружающей среды у живых гребневиков, и обнаружение доказательств их существования в кембрии имеет большое значение для понимания их эволюции», – сказал Ортега-Эрнандес. «Интересно, что Thalassostaphylos elegans не имеет жесткой капсулы, что указывает на то, что скелет, обнаруженный в гребневиках раннего кембрия, был утрачен у некоторых представителей уже к середине кембрия."
В конечном счете, два новых вида из Юты проливают свет на эволюцию нервной системы, сенсорных структур и разнообразие кембрийских гребневиков. Исследователи пришли к выводу, что кембрийские гребневики обладали более сложной нервной системой по сравнению с теми, что наблюдаются сегодня. Живые виды гребешков имеют диффузную нервную систему, похожую на структуру проволочной сетки, но очень тонкую и прозрачную.
Нервная система кембрийских гребневиков была уплотнена определенными нервными дорожками, которые в основном проходили по длине тела, а затем в виде кольца вокруг рта. Эта сложная система наблюдается только у одного живого вида, Euplokamis, который считается потенциально ранним ветвящимся гребневиком, живущим сегодня. Однако, хотя у Euplokamis есть эта удлиненная нервная структура, которая проходит по всей длине тела, у него нет кольца вокруг рта, поэтому он также проще по сравнению с кембрийскими гребневиками.
Чтобы лучше понять эволюцию этой группы, команда провела филогенетический анализ, который предполагает, что конденсированная нервная система на самом деле является наследственным заболеванием, и что только современные гребневики утратили эту сложную нервную систему и вместо этого предпочли более диффузную нервную сеть.
«Это открытие означает, что в ходе эволюции гребневиков произошло вторичное упрощение, в результате чего сначала был утрачен жесткий скелет, а затем отдельные нервы, наблюдаемые в окаменелостях», – сказал доктор.
Люк А. Пэрри, Департамент наук о Земле, Оксфордский университет, Великобритания. "Это понимание, которое было бы невозможно получить, изучая только живые гребневики, поэтому летопись окаменелостей дает ценную информацию об эволюции этих загадочных животных."
Ортега-Эрнандес согласился: «В этом контексте Euplokamis будет демонстрировать своего рода рудиментарную организацию нервной системы, которая не наблюдается у других живых гребневиков. Гребневики имеют более сложную эволюционную историю, чем то, что можно реконструировать только по их живым представителям.
Окаменелости позволяют нам понять морфологию, которая возникла первой, и то, как она изменилась с течением времени."
Изученный ископаемый материал состоит из образцов, полученных от Бюро землеустройства, и постоянно хранится в Музее естественной истории штата Юта в Солт-Лейк-Сити. «Бюро по управлению земельными ресурсами гордится тем, что сохраняет и защищает палеонтологические ресурсы на государственных землях, в том числе в формации Марджум, расположенной в хребте Хаус на западе центральной части штата Юта», – сказал Филип Генслер, исполняющий обязанности регионального палеонтолога BLM. "Этот сайт содержит более 100 видов окаменелостей беспозвоночных кембрийского возраста и дает возможность узнать больше об эволюции морских видов и окружающей среды 500 миллионов лет назад.
BLM поддерживает исследования и открытия на государственных землях и приветствует Музей естественной истории штата Юта и Гарвардский университет за выдающуюся сохранность этих образцов, научные исследования и открытия об эволюции гребневого студня."
Кураторы музея связались с соавтором доктором.
Руди Лерози-Обрил, координатор проекта и научный сотрудник, Департамент органической и эволюционной биологии, Гарвардский университет, и Ортега-Эрнандес в 2019 году, чтобы помочь в изучении и каталогизации обширной коллекции кембрийских окаменелостей из хребта Хаус в штате Юта. «Кембрийские отложения западной Юты – ключ к нашему пониманию кембрийского взрыва. «Наше сотрудничество с Музеем естественной истории штата Юта стимулировало наши исследования этих замечательных скоплений окаменелостей, что привело к захватывающим открытиям, о которых мы стремимся сообщить», – сказал Лерози-Обрил.